JP7417294B2 - Cross flow filtration device - Google Patents

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Description

本発明は、培養細胞、血液成分、オルガネラ、微生物、各種合成微粒子、環境微粒子、リポソーム、ベシクルなどの微粒子を分離精製する上で好適なクロスフローろ過装置に関する。 The present invention relates to a cross-flow filtration device suitable for separating and purifying microparticles such as cultured cells, blood components, organelles, microorganisms, various synthetic microparticles, environmental microparticles, liposomes, and vesicles.

ポリマーや無機材料からなる各種合成粒子、あるはリポソームなどやベシクルなどの微粒子は、精密機械工学、機能性材料、分離プロセス、薬剤送達などの分野において幅広く利用されている。クロマトグラフィー用分離担体、液晶スペーサーや電子ペーパー用微粒子、ドラッグデリバリー用キャリアなど、様々な種類の合成微粒子の調製において、特にそのサイズを均一にすることは不可欠である。そのため、微粒子の混合物中に存在する特定の微粒子を効率的に分離精製する技術は必須である。 Various synthetic particles made of polymers and inorganic materials, as well as fine particles such as liposomes and vesicles, are widely used in fields such as precision mechanical engineering, functional materials, separation processes, and drug delivery. In preparing various types of synthetic fine particles, such as separation carriers for chromatography, liquid crystal spacers, fine particles for electronic paper, and carriers for drug delivery, it is essential to make the size uniform. Therefore, a technique for efficiently separating and purifying specific fine particles present in a mixture of fine particles is essential.

またたとえば、血液中に存在する特定の細胞や生体微粒子を分離精製し、それら微粒子の機能や存在割合を解析することによって、様々な疾患の診断が可能となる。たとえば、血液中に存在する循環がん細胞を定量評価することによって、がんの早期診断やがん治療法の効能の検証が可能となる。また、妊婦の血液中に存在する胎児由来有核赤血球を単離し解析することによって、染色体異常の確定診断が可能になる。さらに近年では、血液中に存在する直径50~1000ナノメートル程度の微小なベシクルやエクソソームを解析することによって、各種疾患の診断が可能になると期待されている。 For example, various diseases can be diagnosed by separating and purifying specific cells and biological microparticles present in the blood and analyzing the functions and abundance ratios of these microparticles. For example, by quantitatively evaluating circulating cancer cells present in the blood, it becomes possible to diagnose cancer early and verify the efficacy of cancer treatments. Furthermore, by isolating and analyzing fetal-derived nucleated red blood cells present in a pregnant woman's blood, a definitive diagnosis of chromosomal abnormalities can be made. Furthermore, in recent years, it is expected that it will become possible to diagnose various diseases by analyzing microscopic vesicles and exosomes with a diameter of about 50 to 1000 nanometers that exist in the blood.

またたとえば、iPS細胞に代表される幹細胞の分化において、特定の分化状態にある細胞のみを選抜することは、再生医療や薬剤評価モデル開発においても不可欠である。このほかにも、血液中に存在する単球や、各種間葉系幹細胞は、神経の再生医療、がん免疫療法、末梢血管の再生などにおいて有用であるため、それら特定の細胞を効率的に分離精製する技術は重要である。 For example, in the differentiation of stem cells such as iPS cells, selecting only cells in a specific differentiation state is essential in regenerative medicine and drug evaluation model development. In addition, monocytes and various mesenchymal stem cells present in the blood are useful in nerve regeneration medicine, cancer immunotherapy, peripheral blood vessel regeneration, etc., so these specific cells can be efficiently harvested. Separation and purification technology is important.

複雑な微粒子集団から、特定の性質(例としてサイズ)を有する微粒子を分離・選抜するための技術として、これまでに様々な手法が提案されてきた。たとえば、遠心分離、沈降分離、フィルトレーション、マイクロ流体デバイスによる分離手法、などが代表例として挙げられ、また細胞などの生体粒子の分離・選抜に特化した手法として、フローサイトメーターなどの技術も頻繁に用いられている。しかしながら、既存の方法には、「分離の精度」、「操作の簡単さ」、「分離装置やシステムのコスト」、「分離速度」などの観点で、一長一短があり、これらをすべて満たす技術は未だ発展の途上にある。また、通常のフィルトレーション技術のように、「一定サイズよりも小さい対象は回収できるが、大きい対象を回収できない」という課題を有するものもある。さらに、診断医療を目的として特定の細胞や生体粒子を分離する場合、サンプル間のコンタミネーションを防ぎ、また再現性を担保するためにも、分離装置自体が使い捨てにできることが望ましく、そのためには分離装置を簡便かつ効率的に作製できることが必要となる。加えて、マイクロ流体デバイスを用いた手法では一般的に、「目詰まりしやすい」という問題も避けがたい。さらにまた、「100ナノメートル~1マイクロメートル程度の微小な対象も分離できる」手法であることも望ましい。以下、上記した既存の分離手法とその課題について、それぞれ概説する。 Various methods have been proposed so far as techniques for separating and selecting particles having specific properties (for example, size) from a complex population of particles. Typical examples include centrifugation, sedimentation, filtration, and separation methods using microfluidic devices.In addition, techniques such as flow cytometers are specialized for separating and selecting biological particles such as cells. is also frequently used. However, existing methods have advantages and disadvantages in terms of ``separation accuracy,'' ``simplicity of operation,'' ``cost of separation equipment and systems,'' and ``separation speed,'' and there is still no technology that satisfies all of these. It is still in the process of development. Additionally, some techniques, such as normal filtration techniques, have the problem of ``objects smaller than a certain size can be collected, but objects larger than a certain size cannot be collected.'' Furthermore, when separating specific cells or biological particles for the purpose of diagnostic medicine, it is desirable that the separation device itself be disposable in order to prevent contamination between samples and ensure reproducibility. It is necessary that the device can be manufactured simply and efficiently. In addition, methods using microfluidic devices generally have the problem of being prone to clogging. Furthermore, it is also desirable that the method be capable of separating minute objects of about 100 nanometers to 1 micrometer. Below, we will provide an overview of the existing separation methods and their challenges.

遠心分離や沈降分離は、簡便な手法によって、比較的大量の粒子分離を可能とするため、汎用的に利用されている手法である。しかしながら、精度の高い分離を行うためには、長時間かつ多段階の分離操作が必要となる場合がある。特に、通常のバッチ式の遠心分離によって、医療診断を目的として細胞などの生体粒子を分離する場合、専門的なスキルを有する検査技師による、煩雑で時間のかかる分離操作が必要となる、といった欠点があり、さらにまた、分離の精度が操作者の技術に依存するという課題もある。 Centrifugation and sedimentation are commonly used methods because they enable the separation of a relatively large amount of particles using simple methods. However, in order to perform highly accurate separation, a long and multi-step separation operation may be required. In particular, when separating biological particles such as cells for medical diagnostic purposes using conventional batch centrifugation, the disadvantage is that complicated and time-consuming separation operations are required by laboratory technicians with specialized skills. Another problem is that the accuracy of separation depends on the skill of the operator.

フィルトレーションは、簡便な分離操作を実現できる方法である。一例として、JP2006-000848Aには、多段階の分離ユニットを連結した、生物薬剤の精製システムが示されている。このようなシステムや、一般的なシリンジ装着型のフィルターシステムは、簡便な操作で、使い捨てでき、処理量も高い、という利点がある。しかしながら、フィルターを透過しなかったサイズの大きい成分を回収することは困難であり、たとえば、血液中に存在するサイズの大きな細胞を分離精製する上では極めて不利である。 Filtration is a method that can realize a simple separation operation. As an example, JP2006-000848A shows a biopharmaceutical purification system that connects multi-stage separation units. Such systems and general syringe-mounted filter systems have the advantage of being easy to operate, disposable, and have a high throughput. However, it is difficult to recover large-sized components that have not passed through the filter, which is extremely disadvantageous in separating and purifying large-sized cells present in blood, for example.

JP2005-205387Aには、マイクロ流体デバイスを用いた微粒子の分離手法の例が示されている。この手法では、分岐を有する流路構造に粒子懸濁液とシース液を導入し、細い流路部分において粒子を押し付け、その後、流路幅を大きくすることで、流れが粒子に与える力の方向が異なることを利用し、サイズによる粒子の分離を行う。この手法では、簡便な手法で精密な分離が可能であり、装置自体を使い捨てとすることもできる。また分離対象となる粒子群を大きなものと小さなものに分離し、別々に回収することもできる。しかしながら、処理量が十分でなく、直径数マイクロメートルの対象を分離する際に、微粒子懸濁液の処理量が毎分数マイクロリットル程度である、という欠点がある。また、微粒子径の数倍~10倍程度の、細い流路構造を用いねばならず、目詰まりの問題が起きやすいという課題もある。 JP2005-205387A shows an example of a method for separating particles using a microfluidic device. In this method, a particle suspension and a sheath liquid are introduced into a channel structure with branches, the particles are pressed against them in the narrow channel section, and then the width of the channel is increased to increase the direction of the force exerted on the particles by the flow. Particles are separated by size by taking advantage of the fact that they differ. This method allows precise separation with a simple method, and the device itself can be made disposable. It is also possible to separate the particles to be separated into large and small particles and collect them separately. However, there is a drawback in that the throughput is not sufficient, and when separating an object with a diameter of several micrometers, the throughput of the fine particle suspension is approximately several microliters per minute. Furthermore, it is necessary to use a narrow channel structure that is several times to ten times the diameter of the fine particles, which poses the problem of easy clogging.

JP6403190Bには、JP2005-205387Aとは異なる原理による、マイクロ流路を用いた微粒子の分離手法が示されている。この手法では、傾斜を有する主流路と、主流路と交差するように並設された枝流路を組み合わせ、格子状の流路構造を形成し、サイズによる微粒子の分離を行う。JP2005-205387Aの手法が持つ利点に加え、処理量の向上や、目詰まりの影響の軽減、などの効果があるが、やはりサブマイクロメートルサイズの微粒子分離を達成できていないという課題があり、さらに、粒子を含まない溶液の導入が必要であるため操作が煩雑になる、という課題もある。 JP6403190B describes a method for separating particles using a microchannel based on a different principle from JP2005-205387A. In this method, a main channel having an inclination and branch channels arranged in parallel to intersect with the main channel are combined to form a lattice-like channel structure, and fine particles are separated by size. In addition to the advantages of the method of JP2005-205387A, it has the effect of improving throughput and reducing the effects of clogging, but it still has the problem of not being able to separate submicrometer-sized particles, and Another problem is that the operation becomes complicated because it is necessary to introduce a solution that does not contain particles.

「ネイチャープロトコルズ(Nature Protocols)」、2016(11)、134-148.には、主に細胞を分離対象とした、螺旋状のマイクロ流路を用いた手法が示されている。この手法では、直径数100マイクロメートルの構造を用いるため、目詰まりの問題が起こりにくく、また高い分離の処理量が達成される。さらに使い捨ての流路を用いて、簡便な操作によって分離できる、という利点もある。しかしながら、JP2005-205387AおよびJP6403190Bに示した手法と同様に、サブマイクロメートルサイズの微粒子分離に適用できない、という課題がある。 “Nature Protocols”, 2016 (11), 134-148. describes a method using a spiral microchannel that primarily targets cells. Since this technique uses a structure with a diameter of several hundred micrometers, clogging problems are less likely to occur and high separation throughput is achieved. Another advantage is that it can be separated by a simple operation using a disposable channel. However, like the methods shown in JP2005-205387A and JP6403190B, there is a problem that this method cannot be applied to separation of submicrometer-sized particles.

さらに、連続的な濾過分離を可能とする、クロスフローろ過システムも広く利用されてきた。JP2018-023926Aには、クロスフローろ過システムの一例を示している。この手法に限らず、人工透析用の分離装置なども含めた様々なクロスフローろ過システムが開発されてきた。クロスフローろ過システムは一般的に、通常のフィルトレーションと比較して精密な分離を可能とし、目詰まりの影響も低減でき、さらに高い処理量を達成できる場合が多い。しかしながら、使い捨てのシステムが想定されていない場合も多く、さらにまた、細胞などの生体粒子を分離対象として精製し回収することを想定していない場合が多い。特に、医療診断に適用可能な、細胞や生体粒子の精密な分離を想定したクロスフローろ過分離手法は、これまでにほとんど実用化されていない。 Furthermore, cross-flow filtration systems, which enable continuous filtration and separation, have also been widely used. JP2018-023926A shows an example of a cross-flow filtration system. In addition to this method, various cross-flow filtration systems have been developed, including separation devices for artificial dialysis. Cross-flow filtration systems generally allow for more precise separations, reduce the effects of clogging, and often achieve higher throughput than conventional filtration. However, there are many cases in which a disposable system is not assumed, and furthermore, in many cases, it is not assumed that biological particles such as cells are to be separated and purified and recovered. In particular, cross-flow filtration separation methods that are applicable to medical diagnosis and are intended for precise separation of cells and biological particles have hardly been put to practical use to date.

上述のように、これまでに様々な微粒子の分離精製装置が提案されてきたが、「簡単な操作によって」、「高い精度で」、「少なくとも毎分0.1mL程度以上の分離処理量を達成でき」、「一定サイズよりも大きい対象も回収でき」、「目詰まりの影響をうけにくく」、「サブマイクロメートル程度の微小な対象にも適用可能であり」、さらに「分離装置やシステムを比較的簡便かつ低コストに作製でき」、「使い捨てのシステムにできる」、微粒子の分離・選抜装置は、ほとんど開発されていない。 As mentioned above, various fine particle separation and purification devices have been proposed so far, but none of them have been able to "achieve a separation throughput of at least 0.1 mL per minute or more" with "simple operation" and "high accuracy". ``It is possible to collect objects larger than a certain size,'' ``It is less susceptible to clogging,'' ``It can be applied to objects as small as sub-micrometers,'' and ``It is possible to compare separation devices and systems.'' Very few particle separation/selection devices have been developed that can be easily produced at low cost and can be made into disposable systems.

本発明は、従来の技術の有する上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、「簡単な操作によって」、「高い精度で」、「少なくとも毎分0.1mL程度以上の分離処理量を達成でき」、「一定サイズよりも大きい対象も回収でき」、「目詰まりの影響をうけにくく」、「サブマイクロメートル~数10マイクロメートル程度の対象に適用可能である」、生体粒子の新規分離装置を提供しようとするものである。さらに、その装置自体が「比較的簡便かつ低コストに作製でき」、「使い捨てのシステムにできる」ように構成されるような装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the conventional technology, and its purpose is to achieve "with simple operation", "high accuracy", and "at least 0.000. It can achieve a separation throughput of about 1 mL or more," it can collect objects larger than a certain size, it is less susceptible to clogging, and it can be applied to objects from submicrometers to several tens of micrometers. The aim is to provide a novel separation device for biological particles. Furthermore, it is an attempt to provide a device that can be constructed in such a way that the device itself can be "produced relatively easily and at low cost" and can be "made into a disposable system."

上記目的を達成するための、本発明の一観点に係る発明は、それぞれ平板状の基板Aおよび基板Bを接合することによって構成されており、基板Aは内部に連通した細孔が形成された領域Cを部分的に備えており、領域Cは基板Aと基板Bの接合面Sに少なくとも部分的に接しており、接合面Sにおいてそれぞれ少なくとも部分的に領域Cに接触しておりかつ少なくとも部分的に同一平面に存在する導入流路Eおよび回収流路Fが形成されており、導入流路Eおよび回収流路Fは互いに直接的に接触しないように配置されており、導入流路Eは液体を導入できる少なくとも1つの入口Iおよび液体を排出できる少なくとも1つの出口Jを有しており、回収流路Fは液体を排出できる少なくとも1つの出口Kを有しており、基板Bに接した領域Cにおいてろ過を行うクロスフローろ過装置である。このようにすることで、入口Iから微粒子懸濁液を連続的あるいは瞬間的に導入すると、多孔性の領域Cを通過できるような小さい微粒子は、導入流路Eから回収流路Fへと導入され、出口Kより分離回収されるが、領域Cを通過できない大きい微粒子は、導入流路Eをそのまま通過して、出口Jより回収されるため、簡便な操作によって分離が可能となる。さらに、導入流路Eおよび回収流路Fを同一平面に形成することができるため、装置自体を比較的簡単に低コストで作製することも可能となる。 In order to achieve the above object, the invention according to one aspect of the present invention is constructed by bonding a flat plate-like substrate A and a flat plate-shaped substrate B, respectively, and the substrate A has a structure in which communicating pores are formed inside. The region C is at least partially in contact with the bonding surface S of the substrate A and the substrate B, and the region C is at least partially in contact with the region C at the bonding surface S. An introduction channel E and a recovery channel F are formed, which are generally on the same plane, and the introduction channel E and the recovery channel F are arranged so as not to directly contact each other. The recovery channel F has at least one inlet I through which liquid can be introduced and at least one outlet J through which liquid can be discharged, and the recovery channel F has at least one outlet K through which liquid can be discharged, and is in contact with substrate B. This is a cross-flow filtration device that performs filtration in region C. By doing this, when a particulate suspension is continuously or instantaneously introduced from the inlet I, small particles that can pass through the porous region C are introduced from the introduction channel E to the recovery channel F. However, large particles that cannot pass through the region C pass through the introduction flow path E and are collected from the outlet J, making it possible to separate them with a simple operation. Furthermore, since the introduction channel E and the recovery channel F can be formed on the same plane, the device itself can be manufactured relatively easily and at low cost.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、基板Aは、内部に連通した細孔が形成されておらず、接合面Sに少なくとも部分的に接する領域Dを備えており、導入流路Eは、接合面Sに接し、かつ領域Cとおよび出口Jの間に存在する領域Dに存在する流路部分Gを備えていることが望ましい。このようにすることで、出口Jに接続する流路部分Gにおいて流れの抵抗が生じるため、より効率的に液体を回収流路Fに導出させることができ、より高効率な分離を行うことができる。 In addition, in the invention according to this aspect, although not limited to, the substrate A has a region D in which no communicating pores are formed inside and is at least partially in contact with the bonding surface S, It is desirable that the introduction flow path E includes a flow path portion G that is in contact with the joint surface S and that exists in a region D that exists between the region C and the outlet J. By doing this, flow resistance occurs in the flow path portion G connected to the outlet J, so that the liquid can be more efficiently led out to the recovery flow path F, and more efficient separation can be performed. can.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、導入流路Eおよび回収流路Fは、少なくとも部分的に、互いに平行ならせん形状に配置されていても良い。このようにすることで、比較的高い密度で導入流路Eおよび回収流路Fを配置することができ、装置自体をコンパクトにできるため、装置作製のコストを低下させることができるほか、導入流路Eと回収流路Fの間隔を制御することで、より精度の高い分離を行うことが可能となる。 Further, in the invention according to this aspect, although not limited thereto, the introduction channel E and the recovery channel F may be arranged at least partially in a spiral shape parallel to each other. By doing this, the introduction channel E and the recovery channel F can be arranged at a relatively high density, and the device itself can be made compact, which not only reduces the cost of manufacturing the device, but also By controlling the interval between channel E and recovery channel F, it becomes possible to perform separation with higher precision.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、導入流路Eは、液体を導入できる少なくとも2つの入口Iおよび入口I’を備えていても良い。このようにすることで、入口Iから微粒子懸濁液、入口I’から微粒子を含まない溶液をそれぞれ連続的に導入すれば、より精度の高い分離が可能となる。 Furthermore, in the invention according to this aspect, although not limited thereto, the introduction channel E may include at least two inlets I and I' through which liquid can be introduced. In this way, if a fine particle suspension is introduced continuously through the inlet I and a solution containing no fine particles is introduced continuously through the inlet I', separation with higher precision becomes possible.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、導入流路Eの直径、幅、あるいは深さの値は、少なくとも部分的に500マイクロメートル以下であることが望ましい。このようにすることで、サブマイクロメートル~数10マイクロメートル程度の小さな微粒子を対象とした分離が可能となる。 Further, in the invention according to this aspect, although not limited to this, it is desirable that the diameter, width, or depth of the introduction channel E is at least partially 500 micrometers or less. By doing so, it becomes possible to target small particles of submicrometers to several tens of micrometers.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、導入流路Eおよび回収流路Fの距離は、最も短い部分においても200マイクロメートル以上であることが望ましい。このようにすることで、短い流路構造であってもより効率的な分離を行うことができ、処理量を向上させることができるほか、サブマイクロメートル~数10マイクロメートル程度の小さな微粒子を対象とした分離を効率的に行うことができるようになる。 Furthermore, in the invention according to this aspect, it is desirable that the distance between the introduction channel E and the recovery channel F is 200 micrometers or more even at the shortest portion, although it is not limited thereto. By doing this, even with a short channel structure, it is possible to perform more efficient separation, improve throughput, and target small particles ranging from submicrometers to several tens of micrometers. This makes it possible to perform separation efficiently.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、領域Cは、ゴム状の樹脂材料に対して、その重合前あるいはその溶融状態において、水に溶解可能な微粒子を混合し、前記樹脂材料を重合あるいは固化した後に、前記微粒子を溶解することによって形成されていても良い。このようにすることで、装置自体の作製コストを低減することができるほか、水に溶解可能な微粒子として、たとえば塩化ナトリウム粒子などを用い、その粒径や形状を制御することで、より精密、高処理量、かつ高精度な分離を行うことが可能となる。 In addition, in the invention according to this aspect, although not limited to, region C includes mixing fine particles that can be dissolved in water into a rubber-like resin material before polymerization or in its molten state. The particles may be formed by polymerizing or solidifying the resin material and then dissolving the fine particles. By doing this, it is possible to reduce the manufacturing cost of the device itself, and by using, for example, sodium chloride particles as fine particles that can be dissolved in water, and by controlling the particle size and shape, more precise and It becomes possible to perform high-throughput and high-precision separation.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、領域Cは、ゴム状の樹脂材料に対して、その重合前あるいはその溶融状態において、前記樹脂材料を溶解しない有機溶媒に溶解可能な微粒子を混合し、前記樹脂材料を重合あるいは固化した後に、前記微粒子を溶解することによって形成されていてもよい。このようにすることで、装置自体の作製コストを低減することができるほか、有機溶媒に溶解可能な微粒子として、たとえばポリメチルメタクリレート(PMMA)やポリスチレン(PS)などからなる粒子を用い、その粒径や形状を制御することで、より精密、高処理量、かつ高精度な分離を行うことが可能となる。 In addition, in the invention according to this aspect, although not limited to, region C is capable of dissolving a rubber-like resin material in an organic solvent that does not dissolve the resin material before polymerization or in its molten state. The resin material may be formed by mixing fine particles, polymerizing or solidifying the resin material, and then dissolving the fine particles. By doing this, it is possible to reduce the manufacturing cost of the device itself, and also to use particles made of polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene (PS), etc. as fine particles that can be dissolved in organic solvents. By controlling the diameter and shape, it becomes possible to perform separation with greater precision, higher throughput, and higher precision.

本発明は、以上に述べられたように構成されているため、どちらか一方に流路構造を形成した、多孔性の基板と非多孔性の基板を接合するだけで、簡便かつ再現性良くクロスフローろ過装置を作製することが可能になる。そのため、使い捨て出来る汎用的な微粒子分離装置として幅広く利用可能となる。 Since the present invention is configured as described above, cross-linking can be easily and reproducibly achieved by simply bonding a porous substrate and a non-porous substrate with a channel structure formed on either side. It becomes possible to create a flow filtration device. Therefore, it can be widely used as a disposable, general-purpose particle separation device.

また本発明は、以上に述べられたように構成されているため、「簡単な操作によって」、「高い精度で」、「少なくとも毎分0.1mL程度の分離処理量を達成でき」、「一定サイズよりも大きい対象も回収でき」、「目詰まりの影響をうけにくく」、「サブマイクロメートル~数10マイクロメートル程度の対象に適用可能である」、微粒子の新規分離装置を提供することが可能となる。 Furthermore, since the present invention is configured as described above, it is possible to achieve a separation throughput of at least about 0.1 mL per minute with simple operation, with high precision, and at a constant It is possible to provide a new particulate separation device that can collect objects larger than the above size, is less susceptible to clogging, and is applicable to objects from submicrometers to several tens of micrometers in size. becomes.

実施形態に係る、クロスフローろ過装置の例を示した概略図であり、基板A上面の図1cにおけるZ矢視図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a cross-flow filtration device according to an embodiment, and is a Z-arrow view of the top surface of a substrate A in FIG. 1c. 実施形態に係る、クロスフローろ過装置の例を示した概略図であり、基板B下面の図1cにおけるZ矢視図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a cross-flow filtration device according to an embodiment, and is a Z arrow view of the lower surface of a substrate B in FIG. 1c. 実施形態に係る、クロスフローろ過装置の例を示した概略図であり、基板Aと基板Bを接合して形成したクロスフローろ過装置の図1aおよび図1bにおけるX-X’線における断面図である。It is a schematic diagram showing an example of a cross-flow filtration device according to an embodiment, and is a cross-sectional view taken along the line XX′ in FIGS. 1a and 1b of the cross-flow filtration device formed by joining substrate A and substrate B. be. 実施形態に係る、図1a~図1cに示したクロスフローろ過装置における流路構造と類似した流路構造を形成したクロスフローろ過装置の例を示した概略図であり、図2b、図2c、および図2dに共通する流路構造を示した図、かつ、図2b、図2c、および図2dにおけるZ矢視図である。2b, 2c, and FIG. 2d are views showing a flow path structure common to FIG. 2d, and a Z arrow view in FIGS. 2b, 2c, and 2d. 実施形態に係る、図1a~図1cに示したクロスフローろ過装置における流路構造と類似した流路構造を形成したクロスフローろ過装置の例を示した概略図であり、基板Aの全体が領域Cによって構成され、かつ流路構造が基板Bの下面に形成されたクロスフローろ過装置の、図2aにおけるX-X’線における断面図である。1 is a schematic diagram showing an example of a cross-flow filtration device in which a flow path structure similar to the flow path structure in the cross-flow filtration device shown in FIGS. 1a to 1c is formed according to the embodiment, and the entire substrate A is a region 2a is a cross-sectional view taken along the line XX′ in FIG. 2a of a cross-flow filtration device configured by C and having a flow path structure formed on the lower surface of the substrate B. FIG. 実施形態に係る、図1a~図1cに示したクロスフローろ過装置における流路構造と類似した流路構造を形成したクロスフローろ過装置の例を示した概略図であり、基板Aの下面に存在する領域Cに流路構造が形成されたクロスフローろ過装置の、図2aにおけるX-X’線における断面図である。1 is a schematic diagram showing an example of a cross-flow filtration device in which a flow path structure similar to the flow path structure in the cross-flow filtration device shown in FIGS. 2a is a cross-sectional view taken along the line XX' in FIG. 2a of a cross-flow filtration device in which a flow path structure is formed in a region C in which the cross-flow filtration device is formed. 実施形態に係る、図1a~図1cに示したクロスフローろ過装置における流路構造と類似した流路構造を形成したクロスフローろ過装置の例を示した概略図であり、基板Aの全体が領域Cによって構成され、かつ流路構造が基板Aの下面に形成されたクロスフローろ過装置の、図2aにおけるX-X’線における断面図である。1 is a schematic diagram showing an example of a cross-flow filtration device in which a flow path structure similar to the flow path structure in the cross-flow filtration device shown in FIGS. 1a to 1c is formed according to the embodiment, and the entire substrate A is a region 2a is a cross-sectional view taken along the line XX′ in FIG. 2a of a cross-flow filtration device configured by C and having a flow path structure formed on the lower surface of the substrate A. FIG. 実施形態に係るクロスフローろ過装置における、接合面Sに形成した流路構造を模式的に示した概略図であり、直線的な導入流路Eと直線的な回収流路Fを1本ずつ有するクロスフローろ過装置を示している。It is a schematic diagram schematically showing a channel structure formed on a joint surface S in a cross-flow filtration device according to an embodiment, and includes one linear introduction channel E and one linear recovery channel F. A cross-flow filtration device is shown. 実施形態に係るクロスフローろ過装置における、接合面Sに形成した流路構造を模式的に示した概略図であり、直線的な1本の導入流路Eと直線的な2本の回収流路Fを有するクロスフローろ過装置を示している。It is a schematic diagram schematically showing a channel structure formed on a joint surface S in a cross-flow filtration device according to an embodiment, and includes one linear introduction channel E and two linear recovery channels. 1 shows a cross-flow filtration device with F. 実施形態に係るクロスフローろ過装置における、接合面Sに形成した流路構造を模式的に示した概略図であり、流路部分Gを有する1本の導入流路Eと直線的な2本の回収流路Fを有するクロスフローろ過装置を示している。It is a schematic diagram schematically showing a channel structure formed on a joint surface S in a cross-flow filtration device according to an embodiment, in which one introduction channel E having a channel portion G and two linear channels are shown. A cross-flow filtration device with a recovery channel F is shown. 実施形態に係る、導入流路Eと回収流路Fが互いに平行ならせん形状に配置されたクロスフローろ過装置について、基板Aの上面に形成した流路構造を示した概略図であり、円形のらせん形状に配置された流路構造を有するクロスフローろ過装置における基板Aの上面を示している。It is a schematic diagram showing a channel structure formed on the upper surface of a substrate A for a cross-flow filtration device according to an embodiment in which an introduction channel E and a recovery channel F are arranged in a spiral shape parallel to each other. The upper surface of the board|substrate A in the cross-flow filtration apparatus which has the flow path structure arrange|positioned in the spiral shape is shown. 実施形態に係る、導入流路Eと回収流路Fが互いに平行ならせん形状に配置されたクロスフローろ過装置について、基板Bの下面に形成した流路構造を示した概略図であり、円形のらせん形状に配置された流路構造を有するクロスフローろ過装置における基板Bの下面を示している。It is a schematic diagram showing the flow path structure formed on the lower surface of the substrate B regarding the cross flow filtration device according to the embodiment in which the introduction flow path E and the recovery flow path F are arranged in a spiral shape parallel to each other. It shows the lower surface of a substrate B in a cross-flow filtration device having a channel structure arranged in a spiral shape. 実施形態に係る、導入流路Eと回収流路Fが互いに平行ならせん形状に配置されたクロスフローろ過装置について、基板Aの上面に形成した流路構造を示した概略図であり、矩形のらせん形状に配置された流路構造を有するクロスフローろ過装置における基板Aの上面を示している。It is a schematic diagram showing a channel structure formed on the upper surface of a substrate A for a cross-flow filtration device according to an embodiment in which an introduction channel E and a recovery channel F are arranged in a spiral shape parallel to each other. The upper surface of the board|substrate A in the cross-flow filtration apparatus which has the flow path structure arrange|positioned in the spiral shape is shown. 実施形態に係る、導入流路Eと回収流路Fが互いに平行ならせん形状に配置されたクロスフローろ過装置について、基板Bの下面に形成した流路構造を示した概略図であり、矩形のらせん形状に配置された流路構造を有するクロスフローろ過装置における基板Bの下面を示している。It is a schematic diagram showing a channel structure formed on the lower surface of a substrate B in a cross-flow filtration device according to an embodiment in which an introduction channel E and a recovery channel F are arranged in a spiral shape parallel to each other. It shows the lower surface of a substrate B in a cross-flow filtration device having a channel structure arranged in a spiral shape. 実施形態に係る、2つの入口IおよびI’を備えた導入流路Eを形成したクロスフローろ過装置の概略図であり、基板Aの上面を示している。1 is a schematic diagram of a cross-flow filtration device forming an introduction channel E with two inlets I and I′ according to an embodiment, showing the top surface of a substrate A; FIG. 実施形態に係る、2つの入口IおよびI’を備えた導入流路Eを形成したクロスフローろ過装置の概略図であり、導入流路Eおよび回収流路Fを形成した基板Bの下面を示している。FIG. 2 is a schematic diagram of a cross-flow filtration device in which an introduction channel E with two inlets I and I' is formed according to an embodiment, and shows the lower surface of a substrate B in which an introduction channel E and a recovery channel F are formed. ing. 実施例において、直径数マイクロメートルの微粒子を分離するために使用した、クロスフローろ過装置の形態を示した概略図であり、基板A上面の図6cにおけるZ矢視図である。6C is a schematic view showing the form of a cross-flow filtration device used in Examples to separate fine particles having a diameter of several micrometers, and is a view taken along the Z arrow in FIG. 6C of the top surface of the substrate A. FIG. 実施例において、直径数マイクロメートルの微粒子を分離するために使用した、クロスフローろ過装置の形態を示した概略図であり、基板B下面の図6cにおけるZ矢視図である。6C is a schematic diagram showing the form of a cross-flow filtration device used in Examples to separate fine particles having a diameter of several micrometers, and is a view taken along the Z arrow in FIG. 6c of the lower surface of the substrate B. FIG. 実施例において、直径数マイクロメートルの微粒子を分離するために使用した、クロスフローろ過装置の形態を示した概略図であり、基板Aと基板Bを接合して形成したクロスフローろ過装置の図6aおよび図6bにおけるX-X’線における断面図である。FIG. 6a is a schematic diagram showing the form of a cross-flow filtration device used to separate fine particles with a diameter of several micrometers in Examples, and FIG. 6a is a cross-flow filtration device formed by bonding substrate A and substrate B. and a sectional view taken along line XX' in FIG. 6b. 実施例において、直径数マイクロメートルの微粒子を分離するために使用した、クロスフローろ過装置の形態を示した概略図であり、図6bにおける領域dの拡大図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing the form of a cross-flow filtration device used in Examples to separate fine particles having a diameter of several micrometers, and is an enlarged view of region d in FIG. 6b. 実施例において、直径数マイクロメートルの微粒子を分離するために使用した、クロスフローろ過装置の形態を示した概略図であり、図6bにおける領域eの拡大図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing the form of a cross-flow filtration device used in Examples to separate fine particles having a diameter of several micrometers, and is an enlarged view of region e in FIG. 6b. 実施例において、シリコーン樹脂および塩化ナトリウム微粒子を用いて形成した、多孔性の領域Cの走査電子顕微鏡像であり、粒子径30-60マイクロメートルおよび粒子径90-140マイクロメートルの塩化ナトリウム微粒子を用いて形成した領域Cの断面の走査電子顕微鏡像である。This is a scanning electron microscope image of a porous region C formed using a silicone resin and sodium chloride fine particles in an example, and sodium chloride fine particles having a particle size of 30 to 60 micrometers and a particle size of 90 to 140 micrometers were used. This is a scanning electron microscope image of a cross section of region C formed by the method. 実施例において、シリコーン樹脂および塩化ナトリウム微粒子を用いて形成した、多孔性の領域Cの走査電子顕微鏡像であり、粒子径30-60マイクロメートルおよび粒子径90-140マイクロメートルの塩化ナトリウム微粒子を用いて形成した領域Cの断面の走査電子顕微鏡像である。This is a scanning electron microscope image of a porous region C formed using a silicone resin and sodium chloride fine particles in an example, and sodium chloride fine particles having a particle size of 30 to 60 micrometers and a particle size of 90 to 140 micrometers were used. This is a scanning electron microscope image of a cross section of region C formed by the method. 実施例において、シリコーン樹脂および塩化ナトリウム微粒子を用いて形成した、多孔性の領域Cの走査電子顕微鏡像であり、粒子径30-60マイクロメートルの塩化ナトリウム微粒子を用いて形成した領域Cの表面の走査電子顕微鏡像である。This is a scanning electron microscope image of a porous region C formed using a silicone resin and sodium chloride fine particles in an example. This is a scanning electron microscope image. 実施例において、シリコーン樹脂および平均直径約5マイクロメートルのポリメチルメタクリレート微粒子を用いて形成した、多孔性の領域Cの走査電子顕微鏡像であり、領域Cの断面の走査電子顕微鏡像である。1 is a scanning electron microscope image of a porous region C formed using a silicone resin and polymethyl methacrylate fine particles having an average diameter of about 5 micrometers in an example, and a scanning electron microscope image of a cross section of the region C. 実施例において、シリコーン樹脂および平均直径約5マイクロメートルのポリメチルメタクリレート微粒子を用いて形成した、多孔性の領域Cの走査電子顕微鏡像であり、領域Cの表面の走査電子顕微鏡像である。1 is a scanning electron microscope image of a porous region C formed using a silicone resin and polymethyl methacrylate fine particles having an average diameter of about 5 micrometers in an example, and a scanning electron microscope image of the surface of region C. 実施例において、直径数マイクロメートルの微粒子を分離するために使用した、3枚の基板からなるクロスフローろ過装置の他の形態を示した概略図であり、最上部に位置する基板下面の図9dにおけるZ矢視図である。FIG. 9d is a schematic diagram showing another form of a cross-flow filtration device consisting of three substrates, which was used to separate fine particles with a diameter of several micrometers in the examples, and FIG. 9d shows the bottom surface of the topmost substrate. FIG. 実施例において、直径数マイクロメートルの微粒子を分離するために使用した、3枚の基板からなるクロスフローろ過装置の他の形態を示した概略図であり、基板A下面の図9dにおけるZ矢視図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing another form of a cross-flow filtration device consisting of three substrates, which was used to separate fine particles with a diameter of several micrometers in Examples, and shown in the Z arrow view in FIG. 9d on the bottom surface of substrate A. It is a diagram. 実施例において、直径数マイクロメートルの微粒子を分離するために使用した、3枚の基板からなるクロスフローろ過装置の他の形態を示した概略図であり、基板B上面の図9dにおけるZ矢視図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing another form of a cross-flow filtration device consisting of three substrates, which was used to separate fine particles with a diameter of several micrometers in Examples, and shown in the Z arrow view in FIG. 9d on the top surface of substrate B. It is a diagram. 実施例において、直径数マイクロメートルの微粒子を分離するために使用した、3枚の基板からなるクロスフローろ過装置の他の形態を示した概略図であり、最上部に位置する基板、基板A、および基板Bを接合して形成したクロスフローろ過装置の図9a、図9b、および図9cにおけるX-X’線における断面図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing another form of a cross-flow filtration device consisting of three substrates, which was used to separate fine particles with a diameter of several micrometers in the examples, in which the uppermost substrate, substrate A, 9a, 9b, and 9c of a cross-flow filtration device formed by bonding substrate B and substrate B together. FIG. 実施例において、図9に示されるクロスフローろ過装置を用いた微粒子分離挙動を示したグラフであり、直径30-60マイクロメートルの塩化ナトリウム微粒子を用いて形成した領域Cを有するクロスフローろ過装置に対し、出口J-2および出口K-2を塞いだ状態で、入口Iから、平均直径0.29~3.2マイクロメートル標準ポリスチレン微粒子を含む懸濁液を導入し、出口J-1および出口K-1から回収された溶液に含まれる各微粒子の個数割合を示したグラフである。This is a graph showing the particle separation behavior using the cross-flow filtration device shown in FIG. On the other hand, with outlet J-2 and outlet K-2 blocked, a suspension containing standard polystyrene fine particles with an average diameter of 0.29 to 3.2 micrometers was introduced from inlet I, and outlet J-1 and outlet 1 is a graph showing the number ratio of each fine particle contained in the solution recovered from K-1.

以下、本発明に係るクロスフローろ過装置に関する最良の形態を詳細に説明するものとする。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態、実施例の例示にのみ限定されるものではない。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the best mode regarding the cross flow filtration apparatus based on this invention shall be demonstrated in detail. However, the present invention can be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments and examples shown below.

図1a~図1cには、クロスフローろ過装置の例を示した概略図が示されており、図1aは基板A上面の図1cにおけるZ矢視図であり、図1bは基板B下面の図1cにおけるZ矢視図であり、図1cは、基板Aと基板Bを接合して形成したクロスフローろ過装置の図1aおよび図1bにおけるX-X’線における断面図である。 1a to 1c are schematic diagrams showing an example of a cross-flow filtration device, in which FIG. 1a is a view of the top surface of substrate A in the direction of the Z arrow in FIG. 1c, and FIG. 1b is a view of the bottom surface of substrate B. 1c is a Z arrow view in FIG. 1c, and FIG. 1c is a cross-sectional view taken along line XX' in FIGS. 1a and 1b of a cross-flow filtration device formed by joining substrate A and substrate B.

図1a~図1cに示されるクロスフローろ過装置において、基板Aは、連通孔を有する多孔性の領域Cおよび非多孔性の領域Dによって構成されている。また、領域Cは、基板Aの上面に露出するように形成されており、この面が接合面Sに相当する。 In the cross-flow filtration apparatus shown in FIGS. 1a to 1c, a substrate A is composed of a porous region C having communicating holes and a non-porous region D. Further, the region C is formed to be exposed on the upper surface of the substrate A, and this surface corresponds to the bonding surface S.

図1a~図1cに示される基板Aおよび基板Bは、冶具や粘着テープ等を用いた物理的な固定、酸素プラズマ・UVオゾン・シランカップリング剤等による化学的な直接接合、接着剤塗布による接合、熱圧着による接合、陽極接合、また、これらの任意の組み合わせ、などの手法を利用することによって接合することができる。 The substrates A and B shown in FIGS. 1a to 1c can be physically fixed using a jig or adhesive tape, chemically directly bonded using oxygen plasma, UV ozone, a silane coupling agent, etc., or bonded by adhesive coating. Bonding can be performed by using techniques such as bonding, thermocompression bonding, anodic bonding, or any combination thereof.

導入流路Eおよび回収流路Fの断面は、幅が均一な矩形である。ただし、矩形以外の形状として、四角形以外の多角形、台形、半円形、円形など、様々な断面形状を有する流路構造であっても構わない。ただし、矩形の形状を有する流路構造は、作製が容易であることや、流路間の間隔を厳密に制御しやすいという意味において、好適である。 The introduction channel E and the recovery channel F have rectangular cross sections with uniform width. However, the shape other than the rectangle may be a flow path structure having various cross-sectional shapes such as a polygon other than a quadrangle, a trapezoid, a semicircle, a circle, etc. However, a channel structure having a rectangular shape is preferable in the sense that it is easy to manufacture and it is easy to precisely control the intervals between channels.

図1a~図1cに示されるクロスフローろ過装置において、回収流路Fは、導入流路Eを挟むように等間隔に2本形成されており、それぞれが出口Kを有するため、合計2個の出口Kが存在する。 In the cross-flow filtration apparatus shown in FIGS. 1a to 1c, two recovery channels F are formed at equal intervals so as to sandwich the introduction channel E, and each has an outlet K, so there are two recovery channels F in total. Exit K exists.

導入流路Eは、部分的に、連通する細孔を有する領域Cに接するように配置されており、導入流路Eにおける流路部分Gは、非多孔性の領域Dに接するように配置されている。 The introduction channel E is arranged so as to be partially in contact with a region C having communicating pores, and the channel portion G in the introduction channel E is arranged so as to be in contact with a non-porous region D. ing.

導入流路Eの直径、幅、あるいは深さの値は、直径数マイクロメートル程度あるいはそれ以下のサイズの微粒子を分離できるサイズであれば、どのような値をとっても構わない。ただし、精密な分離を行うという観点から、これらの値は、少なくとも部分的に500マイクロメートル以下であることが好ましく、特に矩形の断面を有する流路構造の場合には200マイクロメートル以下であることがより好ましい。 The diameter, width, or depth of the introduction channel E may be of any value as long as it can separate fine particles with a diameter of several micrometers or smaller. However, from the viewpoint of performing precise separation, these values are preferably at least partially 500 micrometers or less, and particularly 200 micrometers or less in the case of a channel structure with a rectangular cross section. is more preferable.

入口Iから導入した懸濁液に含まれる微粒子を、領域Cに存在する連通孔を用いて分離するという観点から、導入流路Eおよび回収流路Fは、それぞれ独立し、接触せずに存在することが必要となる。この場合、導入流路Eおよび回収流路Fは、領域Cに存在する連通孔によって、間接的に連結されていることになる。 From the viewpoint of separating the fine particles contained in the suspension introduced from the inlet I using the communicating holes present in the region C, the introduction channel E and the recovery channel F are independent from each other and exist without contact. It is necessary to do so. In this case, the introduction flow path E and the recovery flow path F are indirectly connected through the communication hole present in the region C.

導入流路Eおよび回収流路Fの間隔は、分離対象となる微粒子の分離が可能であれば、どのような値をとることもできる。ただし、領域Cに形成した連通孔のサイズ分布を一定にし、また水力学的な分離を達成するという観点から、その値は、最も小さい場合でも、200マイクロメートル以上となることが好ましい。 The interval between the introduction channel E and the recovery channel F can take any value as long as it is possible to separate the particles to be separated. However, from the viewpoint of keeping the size distribution of the communicating pores formed in region C constant and achieving hydraulic separation, the value is preferably 200 micrometers or more even at its smallest.

導入流路Eおよび回収流路Fは、微細加工技術を用いて作製されたマイクロ流路構造によって構成されていても良い。このようにすることで、サイズや形状が任意かつ正確に制御された流路構造を用いることができるため、微粒子分離の挙動や効率を任意に制御することが可能となる。なお、そのような微細加工技術としては、インジェクションモールディング、レプリカモールディング、切削による直接機械加工、レーザー加工、電子線直接描画、立体造形、3次元光造形、ウェットエッチング、ドライエッチング、エンボシング、インプリンティング、などの各種手法を用いることができる。 The introduction channel E and the recovery channel F may be configured by a microchannel structure fabricated using microfabrication technology. By doing so, it is possible to use a channel structure whose size and shape are arbitrarily and accurately controlled, and therefore it is possible to arbitrarily control the behavior and efficiency of particle separation. In addition, such microfabrication techniques include injection molding, replica molding, direct machining by cutting, laser processing, electron beam direct writing, three-dimensional modeling, three-dimensional stereolithography, wet etching, dry etching, embossing, imprinting, Various methods such as can be used.

微細加工技術を用いて導入流路Eおよび回収流路Fを作製する場合、図1a~図1cに示した基板Bを構成する基材としては、様々な材質を用いることができる。その例として、PDMS(ポリジメチルシロキサン)を始めとするシリコーン樹脂、熱可塑性エラストマー、アクリル等の各種ポリマー材料、ガラスを含むセラミクス材料、ステンレスなどの各種金属素材、などが適用でき、また、これらの材料のうちの任意の複数種類の基板を組み合わせて用いることも可能である。さらに、流路表面への微粒子吸着を防ぐために、これらの基材に対し、ポリエチレングリコール、リン脂質極性基を有するポリマー、ポリメトキシエチルアクリレートなどによって表面改質を行うことも可能であり、また、これらのポリマーを混合した樹脂基材や、これらのポリマーを化学的に結合させた樹脂を混合した基材などを用いることも可能である。なお、使い捨てのクロスフローろ過システムとするためには、比較的安価なポリマー材料を用いることが好適である。 When producing the introduction channel E and the recovery channel F using microfabrication technology, various materials can be used as the base material constituting the substrate B shown in FIGS. 1a to 1c. As examples, silicone resins such as PDMS (polydimethylsiloxane), thermoplastic elastomers, various polymer materials such as acrylic, ceramic materials including glass, and various metal materials such as stainless steel can be used. It is also possible to use a combination of arbitrary plural types of substrates among the materials. Furthermore, in order to prevent fine particle adsorption onto the channel surface, it is also possible to surface-modify these base materials with polyethylene glycol, a polymer having a phospholipid polar group, polymethoxyethyl acrylate, etc. It is also possible to use a resin base material in which these polymers are mixed, a base material in which a resin in which these polymers are chemically bonded, and the like are mixed. Note that in order to provide a disposable cross-flow filtration system, it is preferable to use a relatively inexpensive polymer material.

図1a~図1cに示すクロスフローろ過装置において、基板Bが多孔性材料によって形成されていても良い。ただし、基板Bに細孔が形成されていたとしても、その効果は限定的であるため、必ずしも多孔性材料によって形成されている必要はない。 In the cross-flow filtration apparatus shown in FIGS. 1a to 1c, the substrate B may be formed of a porous material. However, even if pores are formed in the substrate B, the effect thereof is limited, so the pores do not necessarily need to be formed of a porous material.

基板Aの材質としては、基板Bと同様の、多種多様な材料を用いることができる。なお、領域Cおよび領域Dが異なる材質によって構成されていても良く、また、同じ材料によって構成されていても良い。さらにまた、基板Aおよび基板Bをそれぞれ構成する材料が同じであっても、部分的に異なっても、あるいは全体として異なっていても良い。 As the material for the substrate A, a wide variety of materials similar to those for the substrate B can be used. Note that the region C and the region D may be made of different materials, or may be made of the same material. Furthermore, the materials constituting the substrate A and the substrate B may be the same, partially different, or entirely different.

領域Cについては、導入流路Eおよび回収流路Fが効率的に接することができれば、どのような形状およびサイズであっても良い。ただし、平板を接合させるという観点から、少なくとも部分的に平面的に構成されていることが好ましい。また、領域Cについて、接合面Sと接触している部分以外が領域Dによって取り囲まれるようにすることで、入口Iから導入された溶液が出口Kおよび出口Jからのみ流出するようにできるため、そのようにすることが好ましい。 The region C may have any shape and size as long as the introduction channel E and the recovery channel F can be brought into contact with each other efficiently. However, from the viewpoint of joining flat plates, it is preferable that at least a portion thereof be configured in a planar manner. Furthermore, by making the region C surrounded by the region D except for the part that is in contact with the bonding surface S, the solution introduced from the inlet I can be made to flow out only from the outlet K and the outlet J. It is preferable to do so.

多孔性の領域Cの作製において、ゴム状の樹脂材料に対して、その重合前あるいはその溶融状態において、溶解可能な微粒子を混合し、樹脂材料を重合あるいは固化した後に、微粒子を溶解する、という手法を用いることも可能である。そのようにすることによって、連通した細孔を有する領域Cのマトリックスを、安価、簡便、かつ再現性良く作製することができる。ゴム状の樹脂材料としては、シリコーン樹脂や熱可塑性エラストマーが適している。また、樹脂材料に混入する微粒子の体積割合については、連通する細孔を形成できさえすれば、どのような値でも構わないが、一般的には30~60%の範囲であることが好ましい。 In the production of porous region C, dissolvable fine particles are mixed with a rubber-like resin material before its polymerization or in its molten state, and after the resin material is polymerized or solidified, the fine particles are dissolved. It is also possible to use a method. By doing so, the matrix of region C having communicating pores can be produced inexpensively, easily, and with good reproducibility. As the rubber-like resin material, silicone resin and thermoplastic elastomer are suitable. Further, the volume ratio of the fine particles mixed in the resin material may be any value as long as communicating pores can be formed, but it is generally preferably in the range of 30 to 60%.

特に、基板Aおよび基板Bがシリコーン樹脂によって形成されている場合、これらを酸素プラズマ等によって化学的に活性化することで、容易かつ強固に接合することができるという利点があるため、これらの基板の材質として、シリコーン樹脂を用いることは好ましい。 In particular, when substrate A and substrate B are made of silicone resin, there is an advantage that they can be easily and firmly bonded by chemically activating them with oxygen plasma, etc. It is preferable to use silicone resin as the material.

領域Cにおいて連通孔を形成するために、水にあるいは有機溶媒に溶解可能な様々な微粒子を用いることができる。たとえば水に可溶な粒子としては、塩化ナトリウム粒子、塩化カリウム粒子、リン酸塩粒子、ショ糖粒子、グルコース粒子など、どのようなものを用いても良い。さらに有機溶媒に溶解可能な微粒子としては、ポリメチルメタクリレート粒子、ポリスチレン粒子など、様々な微粒子を用いることができる。またこれら微粒子の径を制御することによって、分離対象となる微粒子の分離挙動を制御することができる。溶解させる微粒子の大きさは、平均直径に換算して、0.1マイクロメートルから1ミリメートル程度の範囲とすることが想定されるが、サブマイクロメートル~数マイクロメートルの対象を分離する上では、10マイクロメートル~500マイクロメートル程度の微粒子を選択することが好ましい。このような微粒子を用いることで、その径に応じたサイズの連通孔を形成することができる。なお、有機溶媒に溶解可能な微粒子を用いる場合の有機溶媒としては、領域Cを溶解しない有機溶媒を選択する、あるいは当該有機溶媒によって溶解しない材料を用いて領域Cを形成することが好ましい。 In order to form communicating pores in region C, various fine particles that can be dissolved in water or an organic solvent can be used. For example, any water-soluble particles may be used, such as sodium chloride particles, potassium chloride particles, phosphate particles, sucrose particles, glucose particles, etc. Furthermore, various fine particles such as polymethyl methacrylate particles and polystyrene particles can be used as the fine particles that can be dissolved in an organic solvent. Furthermore, by controlling the diameters of these fine particles, the separation behavior of the fine particles to be separated can be controlled. The size of the particles to be dissolved is expected to be in the range of about 0.1 micrometer to 1 millimeter in terms of average diameter, but when separating objects from submicrometers to several micrometers, It is preferable to select fine particles with a size of about 10 micrometers to 500 micrometers. By using such fine particles, it is possible to form communication holes having a size corresponding to the diameter of the fine particles. Note that when using fine particles that can be dissolved in an organic solvent, it is preferable to select an organic solvent that does not dissolve region C, or to form region C using a material that does not dissolve in the organic solvent.

領域Cを平面的に形成した場合、その厚みは、分離目的が達成される条件であれば、どのような値であっても良い。ただし、溶解させる微粒子の径よりも厚みが薄い場合には、連通孔を形成することが困難となるため、溶解させる微粒子の径の3倍程度の厚みを持たせることが好ましい。一般的には、0.1~5ミリメートル程度の範囲にあることが好ましい。 When the region C is formed in a planar manner, its thickness may have any value as long as the purpose of separation is achieved. However, if the thickness is thinner than the diameter of the fine particles to be dissolved, it will be difficult to form communicating holes, so it is preferable to have a thickness of about three times the diameter of the fine particles to be dissolved. Generally, it is preferably in the range of about 0.1 to 5 mm.

図2a~図2dには、図1a~図1cに示したクロスフローろ過装置における流路構造と類似した流路構造を形成した3種類のクロスフローろ過装置の例を示した概略図が示されており、図2aは、図2b、図2c、および図2dに共通する流路構造を示した図であり、かつ、図2b、図2c、および図2dにおけるZ矢視図である。図2bは、基板Aの全体が領域Cによって構成され、かつ流路構造が基板Bの下面に形成されたクロスフローろ過装置、図2cは、基板Aの下面に存在する領域Cに流路構造が形成されたクロスフローろ過装置、図2dは、基板Aの全体が領域Cによって構成され、かつ流路構造が基板Aの下面に形成されたクロスフローろ過装置の、それぞれ図2aにおけるX-X’線における断面図である。 2a to 2d are schematic diagrams illustrating examples of three types of cross-flow filtration devices that have flow path structures similar to those in the cross-flow filtration devices shown in FIGS. 1a to 1c. FIG. 2a is a diagram showing a flow path structure common to FIGS. 2b, 2c, and 2d, and is a view taken along the Z arrow in FIGS. 2b, 2c, and 2d. FIG. 2b shows a cross-flow filtration device in which the entire substrate A is constituted by a region C and a flow channel structure is formed on the lower surface of the substrate B. FIG. 2d shows a cross-flow filtration device in which the entire substrate A is constituted by region C and a flow path structure is formed on the lower surface of the substrate A, respectively, XX in FIG. 2a. FIG.

図2a~図2dに示されるように、領域Cを含む基板A、基板B、および流路構造の位置関係としては、様々なパターンが想定されうる。導入流路Eおよび回収流路Fが、基板A側に形成されていても良く、基板B側に形成されていても良く、また、基板Aおよび基板Bの両方に形成されていても良い。また、基板Aが領域Dを有せず、領域Cによって構成されていても良く、また、基板Bの少なくとも一部分が多孔性の材料によって形成されていても良い。 As shown in FIGS. 2a to 2d, various patterns can be assumed as the positional relationship between the substrate A including the region C, the substrate B, and the channel structure. The introduction channel E and the recovery channel F may be formed on the substrate A side, may be formed on the substrate B side, or may be formed on both substrate A and substrate B. Further, the substrate A may not have the region D and may be composed of the region C, or at least a portion of the substrate B may be formed of a porous material.

図3a~図3cには、3種類のクロスフローろ過装置における、接合面Sに形成した流路構造を模式的に示した概略図が示されており、図3aは直線的な導入流路Eと直線的な回収流路Fを1本ずつ有するクロスフローろ過装置、図3bは直線的な1本の導入流路Eと直線的な2本の回収流路Fを有するクロスフローろ過装置、図3cは流路部分Gを有する1本の導入流路Eと直線的な2本の回収流路Fを有するクロスフローろ過装置、をそれぞれ示している。 3a to 3c are schematic diagrams schematically showing the channel structures formed on the joint surface S in three types of cross-flow filtration devices, and FIG. 3a is a straight introduction channel E. 3b is a cross-flow filtration device having one straight introduction channel E and two straight recovery channels F, FIG. 3c shows a cross-flow filtration device having one introduction channel E having a channel portion G and two straight recovery channels F.

図3a~図3cに示すように、導入流路Eと回収流路Fの構造としては、様々なパターンが想定されうる。このように、導入流路Eに入口Iと出口Jがそれぞれ少なくとも1つずつ、回収流路Fに出口Kが少なくとも1つ存在しさえすれば、導入流路Eと回収流路Fは複数本存在していても構わない。また、導入流路Eの両側に回収流路Fが存在する場合、それらの流路は必ずしも等間隔に配置されていなくとも良いが、導入流路Eの両側において、それぞれ等しい位置に回収流路Fが存在することが、分離の精度を制御しやすいという観点において、好ましい。 As shown in FIGS. 3a to 3c, various patterns can be assumed for the structure of the introduction channel E and the recovery channel F. In this way, as long as there is at least one inlet I and one outlet J in the introduction channel E, and at least one outlet K in the recovery channel F, there can be a plurality of introduction channels E and recovery channels F. It doesn't matter if it exists. In addition, when there are recovery channels F on both sides of the introduction channel E, these channels do not necessarily have to be arranged at equal intervals, but the recovery channels are located at equal positions on both sides of the introduction channel E. The presence of F is preferable from the viewpoint of easy control of separation accuracy.

流路部分Gは、形成されていてもされていなくても構わない。だたし、流路部分Gが存在することによって、出口Jへの流れの抵抗が増大するため、出口Kへの相対的な流量を増加させることができ、より効率的な分離が可能となる。そのため、流路部分Gが形成されていることが好ましい場合もある。なお、流路部分の長さ、幅、深さを適切に調整することによって、微粒子分離の挙動を制御することが可能となる。 The flow path portion G may or may not be formed. However, the presence of flow path portion G increases the resistance to flow to outlet J, making it possible to increase the relative flow rate to outlet K, allowing more efficient separation. . Therefore, it may be preferable that the channel portion G is formed. Note that by appropriately adjusting the length, width, and depth of the channel portion, it is possible to control the behavior of particle separation.

図4a~図4dには、導入流路Eと回収流路Fが互いに平行ならせん形状に配置された、2種類のクロスフローろ過装置について、それぞれ基板Aの上面および基板Bの下面に形成した流路構造を示した概略図が示されており、図4aは円形のらせん形状に配置された流路構造を有するクロスフローろ過装置における基板Aの上面を示しており、図4bは円形のらせん形状に配置された流路構造を有するクロスフローろ過装置における基板Bの下面を示しており、図4cは矩形のらせん形状に配置された流路構造を有するクロスフローろ過装置における基板Aの上面を示しており、図4dは矩形のらせん形状に配置された流路構造を有するクロスフローろ過装置における基板Bの下面を示している。 FIGS. 4a to 4d show two types of cross-flow filtration devices in which an introduction channel E and a recovery channel F are arranged in a spiral shape parallel to each other. Schematic diagrams showing channel structures are shown, with FIG. 4a showing the top surface of a substrate A in a cross-flow filtration device having a channel structure arranged in a circular spiral shape, and FIG. 4b showing a channel structure arranged in a circular spiral shape. FIG. 4c shows the bottom surface of substrate B in a cross-flow filtration device having a channel structure arranged in a rectangular spiral shape, and FIG. 4d shows the lower surface of the substrate B in a cross-flow filtration device having a channel structure arranged in a rectangular spiral shape.

図4a~図4dに示すように、中心から外側に広がるように、導入流路Eと回収流路Fを交互に配置することによって、これらの流路をそれぞれ1本ずつのみの配置としながらも、効率的な分離が可能となる。また、このようにすることによって、限られたスペースに流路構造を高密度かつコンパクトに配置することができるため、装置自体の小型化を達成することができ、好ましい。 As shown in FIGS. 4a to 4d, by arranging the introduction channel E and the recovery channel F alternately so as to spread outward from the center, it is possible to arrange only one channel each. , efficient separation becomes possible. In addition, by doing so, the channel structure can be arranged in a compact and dense manner in a limited space, so that the device itself can be miniaturized, which is preferable.

なお、図4a~図4dに示すように、この場合の「らせん形状」という文言は、円形だけでなく、矩形、多角形など、様々な形態をとりうる。ただし、円形あるいは矩形のらせん形状に流路構造を配置することで、流路の設計をよりスムーズに行うことが可能となる。 Note that, as shown in FIGS. 4a to 4d, the term "helical shape" in this case can take various forms such as not only a circle but also a rectangle and a polygon. However, by arranging the channel structure in a circular or rectangular spiral shape, the channel can be designed more smoothly.

また、図4a~図4dに示す流路構造とは異なり、入口Iが外側に存在し、出口Jおよび出口Kが中心側に存在するらせん形状の配置となっていても良い。 Further, unlike the channel structure shown in FIGS. 4a to 4d, a spiral arrangement may be used in which the inlet I is located on the outside and the exits J and K are located on the center side.

図1a乃至図4dに示した流路構造に対して、入口Iから微粒子の懸濁液を連続的に導入すると、サイズあるいは変形能の違いによって、これらの微粒子は連続的に分離され、別々の出口から回収される。 When a suspension of fine particles is continuously introduced from inlet I into the channel structure shown in Figures 1a to 4d, these fine particles are continuously separated due to differences in size or deformability, and are separated into separate particles. Collected from the exit.

微粒子の懸濁液を連続的に導入する際には、様々な手段を利用することができる。最も簡単な手法は、シリンジ等を入口Iに接続し、手動あるいはポンプを用いて加圧することで、連続的に微粒子の懸濁液を導入することであるが、そのほかにも、多種多様なポンプシステムを使用することもできる。また、出口Jおよび出口Kより溶液を吸引することで、流路内に微粒子の懸濁液を連続的に導入しても良い。 Various means can be used to continuously introduce a suspension of microparticles. The simplest method is to connect a syringe or the like to inlet I and pressurize it manually or with a pump to continuously introduce a suspension of microparticles. You can also use the system. Furthermore, by suctioning the solution from the outlet J and the outlet K, a suspension of fine particles may be continuously introduced into the flow path.

分離対象となる微粒子としては、各種合成微粒子、培養細胞、血液中に存在する細胞あるいは生体粒子、環境微粒子、リポソームやベシクル、などが想定される。溶液としては、これらの微粒子を安定的に分散できるものを用いることが好ましく、特に細胞あるいは生体粒子の分離を行う場合には、緩衝作用のある水溶液を用いることが好ましい。 Possible particles to be separated include various synthetic particles, cultured cells, cells or biological particles existing in blood, environmental particles, liposomes, and vesicles. It is preferable to use a solution that can stably disperse these fine particles, and in particular, when separating cells or biological particles, it is preferable to use an aqueous solution with a buffering effect.

これらの分離対象を懸濁させた溶液を入口Iから導入すると、一定のサイズより小さな微粒子、あるいは、変形能の高い微粒子は、多孔性の領域Cを通過し、回収流路Fへと導入され、最終的に出口Kより排出される。一方で、ある一定のサイズより大きい微粒子、あるいは変形能の低い微粒子は、導入流路Eを下流へと流れ、最終的に出口Jより排出される。この際、一定のサイズより小さい微粒子も、その一定割合が、大きい微粒子と同時に出口Jより排出される。 When a solution in which these separation targets are suspended is introduced from inlet I, particles smaller than a certain size or particles with high deformability pass through porous region C and are introduced into recovery channel F. , and is finally discharged from outlet K. On the other hand, particles larger than a certain size or particles with low deformability flow downstream through the introduction channel E and are finally discharged from the outlet J. At this time, a certain proportion of particles smaller than a certain size are also discharged from the outlet J at the same time as larger particles.

また、領域Cに形成された細孔のサイズが小さく、導入流路Eと回収流路Fの距離が長く、導入流路Eの深さの値が小さく、また、出口Jに分配される流量割合が多く、なればなるほど、分離のカットオフサイズが小さくなり、つまり、より小さい微粒子のみを分離することが可能となる。 In addition, the size of the pores formed in the region C is small, the distance between the introduction channel E and the recovery channel F is long, the depth value of the introduction channel E is small, and the flow rate distributed to the outlet J. The higher the ratio, the smaller the cutoff size for separation, that is, it becomes possible to separate only smaller particles.

図5a及び図5bには、2つの入口IおよびI’を備えた導入流路Eを形成したクロスフローろ過装置の概略図が示されており、図5aは基板Aの上面を示しており、図5bは導入流路Eおよび回収流路Fを形成した基板Bの下面を示している。 5a and 5b show a schematic diagram of a cross-flow filtration device forming an inlet channel E with two inlets I and I', FIG. 5a showing the top side of the substrate A, FIG. 5b shows the bottom surface of the substrate B on which the introduction channel E and the recovery channel F are formed.

図5a及び図5bに示した導入流路Eに対し、入口Iから微粒子懸濁液を、入口I’から微粒子を含まない溶液を、それぞれ連続的に導入することで、入口を1つだけ有する導入流路Eと比較して、より高精度な分離が達成される。ここでの高精度とは、出口Jから回収される溶液中に混入する、小さい微粒子の割合が減少する、ということを意味している。 The introduction channel E shown in FIGS. 5a and 5b has only one inlet by continuously introducing a particle suspension from the inlet I and a solution containing no particles from the inlet I'. Compared to the introduction channel E, more accurate separation is achieved. High precision here means that the proportion of small particles mixed into the solution recovered from the outlet J is reduced.

上記実施形態に係るクロスフローろ過システムを実際に作製し、微粒子の分離実験を行うことで、本発明の効果を確認した。以下説明する。 The effects of the present invention were confirmed by actually producing a cross-flow filtration system according to the above embodiment and performing a particle separation experiment. This will be explained below.

図6a~図6eは、直径数マイクロメートルの微粒子を分離するために使用した、クロスフローろ過装置の形態を示した概略図であり、図6aは基板A上面の図6cにおけるZ矢視図であり、図6bは基板B下面の図6cにおけるZ矢視図であり、図6cは、基板Aと基板Bを接合して形成したクロスフローろ過装置の図6aおよび図6bにおけるX-X’線における断面図であり、図6dおよび図6eはそれぞれ、図6bにおける領域dおよび領域eの拡大図である。 6a to 6e are schematic diagrams showing the configuration of a cross-flow filtration device used to separate fine particles with a diameter of several micrometers, and FIG. 6a is a Z-arrow view of the top surface of substrate A in FIG. 6b is a Z-arrow view of the lower surface of substrate B in FIG. 6c, and FIG. 6c is a cross-flow filtration device formed by joining substrates A and B, taken along line XX' in FIGS. 6a and 6b. FIG. 6d and FIG. 6e are enlarged views of region d and region e in FIG. 6b, respectively.

図6a~図6eに示した基板B下面における流路構造は、ソフトリソグラフィーによってネガティブフォトレジスト製の鋳型を作製し、その鋳型に対して、シリコーン樹脂の一種であるPDMS(ポリジメチルシロキサン)プレポリマーをキャストし、重合させることによって形成したものである。入口I、出口J、および出口Kは、パンチによって穴をあけることによって形成したものである。なお、基板Bの厚みは3ミリメートル程度であった。 The flow channel structure on the bottom surface of the substrate B shown in FIGS. 6a to 6e was created by fabricating a mold made of negative photoresist by soft lithography, and applying polydimethylsiloxane (PDMS) prepolymer, a type of silicone resin, to the mold. It was formed by casting and polymerizing. Inlet I, outlet J, and outlet K are formed by punching holes. Note that the thickness of the substrate B was about 3 mm.

図6a~図6eに示した基板Aは、PDMSに塩化ナトリウム微粒子を体積割合50%で混合し、平板状にキャストして重合させた後、その周囲に塩化ナトリウム微粒子を含まないPDMSをキャストして重合させ、さらにその後、形成した基材を蒸留水に浸漬することによって塩化ナトリウム微粒子を溶解させて、領域Cに相当する部分に連通する微細孔を形成することによって作製したものである。塩化ナトリウム微粒子としては、粒子径が30-60マイクロメートルの範囲にあるもの、および、90-140マイクロメートルの範囲にあるものを用いた。領域Cの厚みは1ミリメートル、基板A全体の厚みは2ミリメートル程度であった。 Substrate A shown in Figures 6a to 6e is made by mixing PDMS with sodium chloride fine particles at a volume ratio of 50%, casting it into a flat plate, polymerizing it, and then casting PDMS that does not contain sodium chloride fine particles around it. After that, the formed base material was immersed in distilled water to dissolve the sodium chloride fine particles and form micropores communicating with the portion corresponding to region C. As the sodium chloride fine particles, those having particle diameters in the range of 30 to 60 micrometers and those in the range of 90 to 140 micrometers were used. The thickness of region C was 1 mm, and the thickness of the entire substrate A was about 2 mm.

図6a~図6eに示したクロスフローろ過システムは、これら基板Aおよび基板Bを、酸素プラズマ処理によって活性化し、接合することによって形成した。 The cross-flow filtration system shown in FIGS. 6a to 6e was formed by activating substrate A and substrate B by oxygen plasma treatment and bonding them together.

図6a~図6eに示した流路構造は、導入流路Eおよび回収流路Fのいずれも、その深さが約60マイクロメートルであり、流路部分G以外の導入流路E、導入流路Eにおける流路部分G、回収流路F、の幅はそれぞれ、100マイクロメートル、50マイクロメートル、200マイクロメートルであった。また、導入流路Eと回収流路Fは矩形のらせん形状に配置されており、これらの流路の間の距離は350マイクロメートルであった。さらに、流路部分G以外の導入流路Eの長さは10センチメートルであり、流路部分Gの長さは10あるいは30センチメートルであった。流路部分Gについても、らせん形状にコンパクトに折りたたまれるような配置とした。 In the channel structure shown in FIGS. 6a to 6e, both the introduction channel E and the recovery channel F have a depth of about 60 micrometers, and the introduction channel E and the introduction channel other than the channel section G have a depth of about 60 micrometers. The widths of channel portion G and recovery channel F in channel E were 100 micrometers, 50 micrometers, and 200 micrometers, respectively. Further, the introduction channel E and the recovery channel F were arranged in a rectangular spiral shape, and the distance between these channels was 350 micrometers. Further, the length of the introduction channel E other than the channel section G was 10 cm, and the length of the channel section G was 10 or 30 cm. The flow path portion G was also arranged so that it could be folded compactly into a spiral shape.

図7a~図7cには、PDMSおよび塩化ナトリウム微粒子を用いて形成した、多孔性の領域Cの走査電子顕微鏡像が示されており、図7aおよび図7bはそれぞれ、粒子径30-60マイクロメートルおよび粒子径90-140マイクロメートルの塩化ナトリウム微粒子を用いて形成した領域Cの断面の走査電子顕微鏡像であり、図7cは粒子径30-60マイクロメートルの塩化ナトリウム微粒子を用いて形成した領域Cの表面の走査電子顕微鏡像である。 Figures 7a to 7c show scanning electron microscopy images of porous region C formed using PDMS and sodium chloride microparticles, with particle sizes of 30-60 micrometers in Figures 7a and 7b, respectively. FIG. 7c is a scanning electron microscope image of a cross section of region C formed using sodium chloride fine particles with a particle size of 90 to 140 micrometers, and FIG. This is a scanning electron microscope image of the surface of .

図7a~図7cに示すように、これらサイズの異なる2種類の塩化ナトリウム微粒子を用いた場合、塩化ナトリウム微粒子が溶解することで細孔が形成され、さらに細孔同士が部分的に接触し、連通孔が形成される様子が観察された。さらに、多孔性の領域Cの表面には、多数の微細孔が形成されている様子が観察された。 As shown in FIGS. 7a to 7c, when these two types of sodium chloride fine particles with different sizes are used, pores are formed by dissolving the sodium chloride fine particles, and the pores partially contact each other, Formation of communicating holes was observed. Furthermore, it was observed that a large number of micropores were formed on the surface of the porous region C.

図8a及び図8bには、シリコーン樹脂および平均直径約5マイクロメートルのポリメチルメタクリレート微粒子を用いて形成した、多孔性の領域Cの走査電子顕微鏡像が示されており、図8aはそれぞれ、領域Cの断面の走査電子顕微鏡像であり、図8bは領域Cの表面の走査電子顕微鏡像である。 Figures 8a and 8b show scanning electron microscopy images of porous region C formed using silicone resin and polymethyl methacrylate microparticles with an average diameter of about 5 micrometers; FIG. 8b is a scanning electron microscope image of a cross section of region C, and FIG. 8b is a scanning electron microscope image of the surface of region C.

図8a及び図8bに示すように、有機溶媒を用いてポリメチルメタクリレート微粒子を除去および溶解することで、細孔が形成され、さらに細孔同士が部分的に接触し、連通孔が形成される様子が観察された。さらに、多孔性の領域Cの表面には、多数の微細孔が形成されている様子が観察された。 As shown in FIGS. 8a and 8b, pores are formed by removing and dissolving the polymethyl methacrylate fine particles using an organic solvent, and the pores also partially contact each other to form communicating pores. The situation was observed. Furthermore, it was observed that a large number of micropores were formed on the surface of the porous region C.

図9a~図9dには、直径数マイクロメートルの微粒子を分離するために使用した、3枚の基板からなるクロスフローろ過装置の他の形態を示した概略図が示されており、図9aは最上部に位置する基板下面の図9dにおけるZ矢視図であり、図9bは基板A下面の図9dにおけるZ矢視図であり、図9cは基板B上面の図9dにおけるZ矢視図であり、図9dは最上部に位置する基板、基板A、および基板Bを接合して形成したクロスフローろ過装置の図9a、図9b、および図9cにおけるX-X’線における断面図である。 Figures 9a to 9d show schematic diagrams of other configurations of a three-substrate cross-flow filtration device used to separate particles with a diameter of several micrometers; 9d is a view of the lower surface of the uppermost substrate in the direction of the Z arrow in FIG. 9d, FIG. 9b is a view of the lower surface of the substrate A in the direction of the Z arrow in FIG. 9d, and FIG. 9d is a cross-sectional view taken along line XX' in FIGS. 9a, 9b, and 9c of a cross-flow filtration device formed by joining the uppermost substrate, substrate A, and substrate B.

図9a~図9dに示したクロスフローろ過装置は、図6a~図6eに示したクロスフローろ過装置と同様に作製されたものである。図9a~図9dに示したクロスフローろ過装置における流路構造は、3枚の基板を接合することによって形成されており、基板Aの下面に存在する導入流路Eは、途中で8本に分岐しており、その分岐が最終的に最上部に位置する基板下面において合流し、出口J-1あるいは出口J-2に接続されている。また基板Aの下面において、8本に分岐した各導入流路の両側にそれぞれ回収流路が形成されており、それらは基板Aの下面において合流し、流路部分Gをへて、出口K-1あるいはK-2に接続されている。 The cross-flow filtration devices shown in FIGS. 9a-9d were constructed similarly to the cross-flow filtration devices shown in FIGS. 6a-6e. The channel structure in the cross-flow filtration device shown in FIGS. 9a to 9d is formed by bonding three substrates, and the introduction channel E existing on the bottom surface of the substrate A is divided into eight in the middle. The branches are finally joined at the lower surface of the substrate located at the top, and connected to the exit J-1 or the exit J-2. In addition, recovery channels are formed on both sides of each of the eight branched introduction channels on the bottom surface of the substrate A, and these channels merge on the bottom surface of the substrate A, pass through the channel section G, and exit K- 1 or K-2.

この流路において、出口Jおよび出口Kがそれぞれ2個ずつ設けられているが、これらのうちそれぞれいずれか片方を用いることによって、出口の流量を調節することができ、分離サイズを制御できるものと期待される。 In this channel, two outlets J and two outlets K are provided, and by using either one of these, the flow rate at the outlet can be adjusted and the separation size can be controlled. Be expected.

基板Aの下面において分岐した導入流路の幅は100マイクロメートル、回収流路の幅は200マイクロメートルであり、それらの深さはいずれも約50マイクロメートルであった。 The width of the introduction channel branched on the lower surface of substrate A was 100 micrometers, the width of the recovery channel was 200 micrometers, and the depths of both were about 50 micrometers.

図9a~図9dに示したクロスフローろ過装置に対して、ポリスチレンの標準蛍光微粒子を、18%スクロースおよび0.5%Tween20を含む水溶液に懸濁させ、シリンジポンプを用いて、その懸濁液を毎分100マイクロリットルの流速で、入口Iから連続的に導入した。 For the cross-flow filtration apparatus shown in FIGS. 9a to 9d, standard fluorescent microparticles of polystyrene are suspended in an aqueous solution containing 18% sucrose and 0.5% Tween 20, and a syringe pump is used to remove the suspension. was continuously introduced through inlet I at a flow rate of 100 microliters per minute.

図10は、図9a~図9dに示されるクロスフローろ過装置を用いた微粒子分離挙動を示したグラフであり、直径30-60マイクロメートルの塩化ナトリウム微粒子を用いて形成した領域Cを有するクロスフローろ過装置に対し、出口J-2および出口K-2を塞いだ状態で、入口Iから、平均直径0.29~3.2マイクロメートル標準ポリスチレン微粒子を含む懸濁液を導入し、出口J-1および出口K-1から回収された溶液に含まれる各微粒子の個数割合を示したグラフである。このグラフは、各出口から回収された各微粒子の個数を、回収液中の「微粒子濃度」×「液の体積」によって算出し、2つの出口から回収された粒子の合計を100%として表示しているものである。 FIG. 10 is a graph showing the particle separation behavior using the cross-flow filtration apparatus shown in FIGS. 9a to 9d. With outlet J-2 and outlet K-2 blocked, a suspension containing standard polystyrene fine particles with an average diameter of 0.29 to 3.2 micrometers is introduced into the filtration device from inlet I, and outlet J- 1 and a graph showing the number ratio of each fine particle contained in the solution collected from outlet K-1. This graph calculates the number of particles collected from each outlet by multiplying the particle concentration in the collected liquid by the volume of the liquid, and displays the total number of particles collected from the two outlets as 100%. It is something that

図10に示すように直径30-60マイクロメートルの塩化ナトリウム微粒子を用いて形成した領域Cを有するクロスフローろ過装置を用いた場合、3.2マイクロメートルの粒子は、そのほとんどが出口Jから回収された。この際、出口Kから流出した溶液量は、全体の50~60%程度であった。導入する粒子径が小さくなるほど、回収流路に導入され、出口K-1から回収される粒子の割合は増加し、0.29マイクロメートルの粒子の場合には、ほぼ流量の分配に従って2つの出口より回収されることが確認された。つまり、この装置は、マイクロメートルからサブマイクロメートルサイズの微粒子分離に適用可能であることを示している。 As shown in Figure 10, when using a cross-flow filtration device with region C formed using sodium chloride fine particles with a diameter of 30-60 micrometers, most of the 3.2 micrometer particles are collected from outlet J. It was done. At this time, the amount of solution flowing out from outlet K was about 50 to 60% of the total amount. The smaller the introduced particle size, the more the proportion of particles introduced into the collection channel and recovered from outlet K-1 increases; in the case of particles of 0.29 micrometers, there are two outlets approximately according to the flow rate distribution. It was confirmed that it was recovered. In other words, this device is applicable to the separation of microparticles from micrometer to submicrometer size.

なお、3.2マイクロメートルの微粒子はそのほとんどが出口J-1から回収された。領域Cの表面に形成された孔のサイズが5マイクロメートル程度であったが、この3.2マイクロメートルの微粒子が多孔性部を通過しなかったことから、本発明におけるクロスフローろ過装置は、連通孔の物理的な孔径だけではなく、流れの分配などを含む水力学的な作用が、分離される微粒子のサイズを決定することが示唆された。このことは、本発明におけるクロスフローろ過装置が、目詰まりの影響を受けにくい分離装置であることを示唆している。 It should be noted that most of the 3.2 micrometer fine particles were collected from outlet J-1. The size of the pores formed on the surface of region C was about 5 micrometers, but since these 3.2 micrometer particles did not pass through the porous part, the cross-flow filtration device of the present invention It was suggested that not only the physical pore diameter of the communicating pores but also hydraulic effects including flow distribution determined the size of the separated particles. This suggests that the cross-flow filtration device of the present invention is a separation device that is less susceptible to clogging.

本発明は、以上に述べられたように構成されているため、「微粒子懸濁液を導入する、という簡単な操作によって」、「高い精度で」、「少なくとも毎分0.1mL程度以上の分離処理量を達成でき」、「一定サイズよりも大きい対象も回収でき」、「目詰まりの影響をうけにくく」、「サブマイクロメートル程度の微小な対象にも適用可能である」、連続的分離装置として極めて有用である。そのため、各種合成微粒子の調製、抗体生産などのバイプロセスにおける微粒子状の不純物の除去、各種細胞の分離、疾病診断のための血液等の体液サンプルの前処理、など、様々な産業上の応用が期待される。 Since the present invention is configured as described above, "by the simple operation of introducing a fine particle suspension," "with high precision," and "at least 0.1 mL or more of separation per minute can be achieved." A continuous separation device that can achieve throughput, can collect objects larger than a certain size, is less susceptible to clogging, and can be applied to objects as small as sub-micrometers. It is extremely useful as a Therefore, it has various industrial applications, such as the preparation of various synthetic fine particles, the removal of fine particulate impurities in bi-processes such as antibody production, the separation of various cells, and the pretreatment of body fluid samples such as blood for disease diagnosis. Be expected.

また本発明は、以上に述べられたように構成されているため、「分離装置やシステムを比較的簡便かつ低コストに作製でき」、「使い捨てのシステムにできる」、という優れた効果を発揮する。そのため、シリンジフィルターと同様の使い勝手で使用できる、安価かつ汎用的な使い捨てのフィルター装置として、生化学研究や環境分析など、様々な研究開発分野において有用な新規装置としての利用が期待できる。 Furthermore, since the present invention is configured as described above, it exhibits excellent effects such as ``separation devices and systems can be produced relatively easily and at low cost'' and ``the system can be made disposable.'' . Therefore, as an inexpensive and versatile disposable filter device that can be used with ease of use similar to a syringe filter, it can be expected to be used as a new device useful in various research and development fields such as biochemical research and environmental analysis.

Claims (5)

それぞれ平板状の基板Aおよび基板Bを接合することによって構成されており、
基板Aは内部に連通した細孔が形成された領域Cを備えており、
領域Cは基板Aと基板Bの接合面Sに対して少なくとも部分的に接しており、
それぞれ少なくとも部分的に接合面Sにおいて領域Cに接しておりかつ少なくとも部分的に同一平面に存在する導入流路Eおよび回収流路Fが形成されており、
導入流路Eおよび回収流路Fは互いに直接的に接触しないように配置されており、
導入流路Eは液体を導入できる少なくとも1つの入口Iおよび液体を排出できる少なくとも1つの出口Jを有しており、
回収流路Fは液体を排出できる少なくとも1つの出口Kを有しており、
基板Aは、内部に連通した細孔が形成されておらず、接合面Sに少なくとも部分的に接する領域Dを備えており、
導入流路Eは、接合面Sに接し、かつ領域Cと出口Jの間において領域Dに接する流路部分Gを備えており、
基板Bに接した領域Cにおいてろ過を行う、
クロスフローろ過装置。
It is constructed by joining flat plate-shaped substrates A and B, respectively,
The substrate A has a region C in which communicating pores are formed,
Region C is at least partially in contact with bonding surface S of substrate A and substrate B,
An introduction channel E and a recovery channel F are formed, each of which is at least partially in contact with the region C at the joint surface S and is at least partially coplanar;
The introduction channel E and the recovery channel F are arranged so as not to be in direct contact with each other,
The introduction channel E has at least one inlet I through which liquid can be introduced and at least one outlet J through which liquid can be discharged,
The recovery channel F has at least one outlet K through which liquid can be discharged,
The substrate A has a region D in which no communicating pores are formed inside and is at least partially in contact with the bonding surface S,
The introduction flow path E includes a flow path portion G that is in contact with the joint surface S and in contact with the region D between the region C and the outlet J,
filtering in a region C in contact with the substrate B;
Crossflow filtration equipment.
導入流路Eおよび回収流路Fは、少なくとも部分的に、互いに平行ならせん形状に配置されている、
請求項1に記載のクロスフローろ過装置。
The introduction channel E and the recovery channel F are at least partially arranged in a spiral shape parallel to each other,
The cross-flow filtration device according to claim 1 .
導入流路Eは、液体を導入できる少なくとも2つの入口Iおよび入口I’を備えている、
請求項1乃至のいずれか1項に記載のクロスフローろ過装置。
The introduction channel E is equipped with at least two inlets I and I' through which liquid can be introduced.
The cross-flow filtration device according to any one of claims 1 to 2 .
導入流路Eの直径、幅、あるいは深さの値は、少なくとも部分的に500マイクロメートル以下である、
請求項1乃至のいずれか1項に記載のクロスフローろ過装置。
The diameter, width or depth value of the introduction channel E is at least partially less than or equal to 500 micrometers;
The cross-flow filtration device according to any one of claims 1 to 3 .
導入流路Eと回収流路Fの間の距離は、最も短い部分においても200マイクロメートル以上である、
請求項1乃至のいずれか1項に記載のクロスフローろ過装置。
The distance between the introduction channel E and the recovery channel F is 200 micrometers or more even at the shortest part.
The cross-flow filtration device according to any one of claims 1 to 4 .
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